"Понятия архитектурной климатологии"

Рассматриваемые вопросы:

• Основные понятия.
• Районирование территории России для жилищного строительства.
• Типы жилых домов для различных климатических районов.
• Жилища севера, умеренного климата, жилища юга.
• Учет отдельных климатических факторов: ветра и солнца.

Понятие о строительной климатологии

Климатология - наука признанная раскрыть связи между климатическими условиями и архитектурой зданий.

Для территории России характерно разнообразие природно-климатических условий. Вся территория бывшего СССР для строительства делится на 4 климатических района (I – IV), каждый из которых имеет несколько подрайонов. Их общие характеристики приводятся в СНиП 2.01.01‑82 «Строительная климатология и геофизика», а также в СНиП 2.01.07‑85 «Нагрузки и воздействия».

Районирование территорий для жилищного строительства:

1. Наиболее суровые климатические условия в I районе (70 % территории СССР – север и северо-восток Сибири и европейской части страны, Урал, материковые территории и прибрежные части Ледовитого океана и северных морей). Характеризуется длительным холодным периодом (7-9 месяцев в году) с низкими температурами (до –50, –60°С), сильными ветрами в прибрежных подрайонах, снежными метелями, длительной полярной ночью (севернее Полярного круга), вечной мерзлотой грунтов. Это определяет «закрытый» жизненный режим населения с более продолжительным, чем в других районах, пребыванием в помещениях, большую степень изоляции зданий от воздействий внешней среды.
2. II и III климатические районы (средняя полоса) характеризуются умеренным климатом с примерно равными холодным и теплым периодами с умеренными положительными и отрицательными температурами и другими климатическими показателями. Это районы наиболее населенной части страны. Жизненный режим здесь более «открытый». Взрослое население и дети во все времена года могут длительное время находиться вне зданий.
3. Южные районы (IV и частично III) характеризуются продолжительным теплым периодом (до 9 месяцев в году), высокими положительными летними температурами и различными особенностями микроклиматов подрайонов: приморских, жарких степных и полупустынных территорий с песчаными бурями, влажных и жарких субтропиков, горных и т.д. Здесь население широко использует различные летние помещения, дворы. Для зданий существенна защита от перегрева солнечной радиацией, резких суточных изменений температуры, излишней влажности и др.

Наиболее важными составляющими климата, которые необходимо знать, прежде чем приступать к проектированию, являются данные о следующих природно-климатических факторах:

Прямая и рассеянная солнечная радиация – основными факторами являются бактерицидное и температурное воздействия.

Эти данные учитываются:

• при выборе расположения и ориентации здания на участке, позволяя определять продолжительность и интенсивность инсоляции помещений в различное время года, а также степень инсоляции прилегающих территорий;
• при расчете стен и покрытий зданий на теплоустойчивость в жаркие летние месяцы;
• при выборе архитектурно-планировочных и конструктивных солнцезащитных мер, устраняющих перегрев помещений в летние месяцы;
• при выборе систем вентиляции и кондиционирования воздуха.

Ультрафиолетовая радиация – основным фактором является бактерицидное воздействие.

Учитывается:

• при проектировании фотариев – помещений, в которых создаются кратковременные источники ультрафиолета, что необходимо в северной зоне и при длительном пребывании людей в помещениях с недостаточным естественным освещением;
• при выборе конструкций окон и фонарей, при расчетах природной ультрафиолетовой облученности, проникающей в помещения лечебных зданий, детских учреждений и др.;
• при выборе облицовки фасадов и отделки интерьеров, повышающих насыщенность помещений прямой, рассеянной и отраженной ультрафиолетовой радиацией.

Естественная наружная освещенность – учитывается:

• при выборе типов, размеров и расположения окон и фонарей в соответствии с требованиями главы СНиП «Естественное и искусственное освещение»;
• при определении времени использования естественного освещения в помещениях, что позволяет в некоторых случаях мотивировать отказ от естественного света (зрительный зал, подсобное помещение);
• при выборе рода освещения (естественное, искусственное или совмещенное), проектировании установок искусственного света (имитация естественного освещения по яркости и спектру).

Температура и влажность наружного воздуха. 

Данные об их годовой динамике используются:

• при выборе объемно-планировочного решения здания (в холодных районах предпочтительна более компактная планировка и застройка);
• при выборе и расчете элементов ограждающих конструкций (стен, покрытий, заполнения проемов) по теплотехническим требованиям;
• при расчете систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха;
• при прочностном расчете конструкций на температурные воздействия.

Господствующее направление, скорость и давление ветра учитываются:

• при расположении здания на участке для устранения интенсивного охлаждения помещений за счет воздухопроницаемости стен и окон;
• при определении конструкции и расположения окон и фонарей, обладающих обычно повышенной воздухопроницаемостью;
• при расчете аэрации помещений и территорий;
• при прочностных расчетах конструкций зданий.

Скорость ветра определяется как горизонтальная составляющая осредненной скорости воздушного потока на высоте 10-15 м от земли. При проектировании высотных сооружений следует учитывать увеличение скорости ветра по высоте.

Направление ветра определяется той частью горизонта, откуда перемещается воздушный поток.

Средняя скорость ветра по направлениям горизонта и повторяемость направлений ветра в (%) – основные характеристики ветра на территории застройки. В процессе проектирования часто пользуются графическим изображением характеристик ветра в виде специальной диаграммы – «розы ветров», на которой приводятся данные о повторяемости и скорости ветра на данной местности за определенный период.

Количество осадков в летнее и зимнее время года. Эти данные необходимы:

• при проектировании расположения здания на участке, с целью устранения большого снегообразования на территории и крыше;
• при выборе формы и расположения фонарей, не способствующих задерживанию снега на крыше;
• при проектировании карнизов и водостоков для быстрого удаления ливневых и талых вод;
• при разработке способов удаления снега с крыши;
• при выборе облицовки фасада здания, заполнения проемов с учетом их водостойкости (в Дальневосточном Приморье количество осадков, выпадающих на вертикальные поверхности, может в 3 раза превышать выпадение на горизонтальные поверхности – «косые» дожди);
• при прочностных расчетах конструкций. Плотность снега (140-360 кг/м3) зависит от высоты снежного покрова, продолжительности его залегания, скорости ветра, температуры воздуха. Существенно увеличивают плотность временные периоды с положительными температурами воздуха.

Данные об основных климатических факторах определяются путем обработки многолетних измерений метеостанций на основе методов математической статистики.

Типы общественных зданий для различных климатических районов.

На территориях I климатического района (кроме климатического подрайона IB) применяются следующие типы жилых зданий: секционный, коридорный и коридорно-секционный.

Для защиты от неблагоприятных климатических условий I района (кроме подрайона IB ) многоквартирные жилые здания проектируются:

• с компактным объемом, по возможности с обтекаемой формой, во избежание снегозаносов (в климатических подрайонах I Б и I Г с пурговыми условиями - при выпадении снега, сопровождаемого ветром 5 м/с и более);
• с широким корпусом при минимальной удельной площади периметра наружных стен;
• с глухими торцевыми фасадами с наветренной стороны здания;
• с минимальным количеством входов в здание и двойными тамбурами при входах;
• с проветриваемым подпольем (в условиях вечной мерзлоты);
• с закрытыми отапливаемыми лестницами.

На территориях климатических подрайонов I Б , I Г, II А и II Г для создания ветрозащитной жилой застройки следует применять жилые здания секционного, коридорного, коридорно-секционного типов с ветрозащитными планировочными решениями. Допускается использовать жилые здания указанных типов с обычными планировочными решениями, располагая их с подветренной стороны жилых зданий, выполненных с ветрозащитными мероприятиями. При этом в жилых зданиях с обычными планировочными решениями наветренные фасады должны иметь минимальные по площади оконные проемы при обеспечении нормативных требований по инсоляции и освещенности, а на благоприятных по ветровому режиму фасадах для улучшения условий инсоляции помещений рекомендуется проектировать эркеры с асимметричной формой плана.

На территориях климатических подрайонов IA , I Б, I Г и I Д входы в жилые здания должны быть утеплены, а на территориях I Б и I Г , кроме того, защищены от ветра и снегозаносов. При этом рекомендуется заглублять их в объем жилого здания, а входные двери предусматривать самозакрывающимися. На территориях климатических подрайонов I Б и I Г рекомендуется проектировать входы в жилые здания с двух сторон, со сквозным проходом, с проходом к лестничной клетке (или лестнично-лифтовому узлу) через тамбур и вестибюль (для снижения инфильтрации холодного воздуха).

На территориях климатических подрайонов IA , I Б, I Г и I Д в жилых зданиях высотой 4 этажа и более следует исключить совмещенные кровли, предусматривая утепленные (или отапливаемые) чердачные помещения.

На территориях климатических подрайонов I A и I Д с особо морозными условиями в целях защиты от низких температур следует проектировать крытые отапливаемые переходы от жилых зданий к зданиям повседневного общественного обслуживания (детским дошкольным и общеобразовательным учреждениям, предприятиям розничной торговли повседневного спроса).

На территориях климатических подрайонов I Б и I Г с пурговыми условиями во избежание образования наледей следует проектировать между жилыми и общественными зданиями крытые неотапливаемые вентилируемые переходы.

На территориях климатического подрайона IB , II и III климатических районов рекомендуется проектировать многоквартирные жилые здания секционного, коридорного, коридорно-секционного и блокированных типов, а также смешанных типов - секционно-блокированного, коридорно-блокированного. Допускается проектировать галерейные жилые здания при условии устройства между ними перекрытого внутреннего двора.

На территориях климатических подрайонов IV Б и IV Г рекомендуется проектировать многоквартирные жилые здания следующих типов: секционные, коридорные, галерейные (кроме территорий с пыльными бурями), блокированные (2 - 3 -этажные с приквартирными двориками в плотной застройке), а также смешанных типов. Рекомендуется, при необходимости, проектировать жилые здания с шумозащищенными планировочными структурами и ветрозащитными решениями. При этом следует обеспечивать микроклимат жилища путем сквозного или углового проветривания помещений квартир, применения кондиционирования воздуха, элементов солнцезащиты , в том числе устройств вертикального озеленения, и т.д.

На территориях климатического подрайона IV Б с повышенной влажностью воздуха жилую застройку следует проектировать, обеспечивая ее интенсивное проветривание. При этом рекомендуется предусматривать постановку жилых зданий, обеспечивающую максимальную аэрацию придомовой территории, а также формирование открытых рекреационных пространств.

Рекомендуется применять:

• галерейные и секционно-галерейны е жилые здания с узким корпусом, как правило около 10 м, обеспечивающим малую тепловую инерцию.
• лестничные клетки типов Л1 и Л2 с решетчатыми ограждениями;
• незастроенные (частично или полностью) первые этажи;
• ветрозащитные экраны, козырьки, свесы крыш, отмостки из светлых материалов, сплошной фронт лоджий или балконов с раскрываемым (трансформируемым) остеклением для влагозащиты наветренных фасадов;
• солнцезащитные устройства, в том числе солнцезащитные экраны на относе, скомпонованные с летними помещениями, располагаемыми вдоль одного или двух фасадов;
• наружные стены, расположенные между лоджией, ориентированной на наветренную сторону, и примыкающим помещением, с балконными дверями, имеющими две и более раскрываемые или раздвигаемые створки.

На территориях климатического подрайона IV Г со скоростью ветра до 2 м/с без пыльных бурь рекомендуется применять многоквартирные жилые здания:

• секционного, коридорного и коридорно-секционного типов этажностью, как правило, до 9 этажей - с лоджиями, расположенными со смещением по отношению к оконному проему, и с шахтами для аэрации;
• с открытыми пространствами об щ его пользования на промежуточных этажах в многоэтажных жилых зданиях;
• блокированные 2 - 3 -этажные жилые дома с внутренними двориками.

Есть один общий принцип подхода к формированию здания для северных и южных (с сухим жарким климатом) районов: здание должно быть компактным, с высокой теплоинерционностью ограждений и минимально допустимыми светопроемами, чтобы на севере обеспечивалась минимальная теплоотдача зимой, а на юге-максимальная защита от солнечной радиации летом. При этом здание в жарко-сухих районах отличается по своему архитектурному решению тем, что имеет ярко выраженную пластику фасадов за счет наружных солнцезащитных устройств на светопроемах и иногда самозатеняемой фактуры стен. Иной характер имеет здание в районах с жарким влажным климатом: свободная павильонная композиция, способствующая интенсивному проветриванию застройки, галерейный принцип планировки здания, облегченные конструкции.

Чтобы оптимизировать теплопотери здания зимой и его хладопотери летом, необходимо так запроектировать ограждающие конструкции, чтобы они удовлетворяли основным нормативным требованиям к сопротивлению теплопередаче, теплоустойчивости, влажностному режиму и воздухопроницаемости.

Как климат влияет на конструктивное и объёмно-планировочное решение здания?

Южные районы - массивные стены, замкнутая планировка, обводнение территорий, небольшие окна. Материалы: керамика, мрамор.
Влажные районы – открытые планировки, трансформированные внутренние перегородки, лёгкие ограждающие конструкции.
Северные районы – массивные стены, крупная пластика зданий, активная теплозащита.

В зданиях I, II и III климатических районов и IV климатического подрайона при всех наружных входах в вестибюль и лестничные клетки следует предусматривать на первом этаже тамбуры глубиной не менее 1,2 м и шириной, равной ширине входной двери плюс не менее 0,3 м. Тамбуры должны иметь естественное освещение. Входы в здания в климатических подрайонах 1а, 1б и 1г должны иметь тамбуры, планировка и размещение которых должны предусматривать возможность устройства как прямого (сквозного) прохода в здание, так и бокового (с поворотом).

В актовых залах и аудиториях на 150 мест и более зданий высших учебных заведений, размещаемых в III и IV климатических районах, при наличии технико-экономических обоснований следует принимать оптимальные параметры воздушной среды.

Дополнительная литература:

Толстенева, А. А.  Архитектурная физика : учебное пособие для среднего профессионального образования / А. А. Толстенева, Л. И. Кутепова, А. А. Абрамов. — Москва : Издательство Юрайт, 2020. — 175 с. — (Профессиональное образование). — ISBN 978-5-534-09400-8. — Текст : электронный // ЭБС Юрайт [сайт]. — URL: https://urait.ru/bcode/456176. (если вы не можете зарегистрированы в ЭБС и не можете прочитать, обратитесь к классному руководителю, она объяснит как получить доступ). Стр. 9-26

Домашнее задание:

1. Изучить материал лекции представленный на сайте, сделать тезисный конспект, т.е. выделить основные данные (предоставлять лекцию на электронный адрес не нужно).

2. Определить используя материал сайта или дополнительной литературы (отправить отчет на электронный адрес):

• К какому климатическому району относится Амурская область, с подробным объяснением по каким критериям определили.
• Какой тип жилых домов, исходя из климатического районирования, необходимо использовать в месте вашего проживания?
• Необходимо ли учитывать отдельные климатические особенности районов и почему?
• Провести анализ жилых строений в вашем районе. Учитывают ли жилые здания вашего района климатическому районированию?

Отправляете проделанную работу на электронный адрес lenr89@mail.ru, не забываем подписать группу и ФИО.